JPH03198018A - ホログラムの記録再生方法 - Google Patents
ホログラムの記録再生方法Info
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- JPH03198018A JPH03198018A JP1341469A JP34146989A JPH03198018A JP H03198018 A JPH03198018 A JP H03198018A JP 1341469 A JP1341469 A JP 1341469A JP 34146989 A JP34146989 A JP 34146989A JP H03198018 A JPH03198018 A JP H03198018A
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- hologram
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- light
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/106—Scanning systems having diffraction gratings as scanning elements, e.g. holographic scanners
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ホログラムの記録再生装置に関する。
［従来の技術］
第８図から第１１図は従来のホログラムの記録再生方法
を示す光路図であり、これらの図において、１２はホロ
グラム面を有するホログラムディスク、１３は像面であ
り、ホログラムディスク１２の回転軸１４に平行または
交差する方向の再生光１５がホログラム面により回折さ
れ、回折光１６として像面１３上に結像する。１９は参
照光、Ｈはホログラムの回転中心、Ｊは回折光収束点、
０は物体光光源中心、Ｒは参照光光源中心、Ｃは再生光
光源中心である。
を示す光路図であり、これらの図において、１２はホロ
グラム面を有するホログラムディスク、１３は像面であ
り、ホログラムディスク１２の回転軸１４に平行または
交差する方向の再生光１５がホログラム面により回折さ
れ、回折光１６として像面１３上に結像する。１９は参
照光、Ｈはホログラムの回転中心、Ｊは回折光収束点、
０は物体光光源中心、Ｒは参照光光源中心、Ｃは再生光
光源中心である。
そして、第８図では物体光としての発散球面波と参照光
１９としての平面波の干渉により作成したホログラムを
、再生光１５としての平行光で再生する。このときホロ
グラムから再生光光源中心までの距離は無限大であり、
従って回折光１６は焦点位置に集束する。
１９としての平面波の干渉により作成したホログラムを
、再生光１５としての平行光で再生する。このときホロ
グラムから再生光光源中心までの距離は無限大であり、
従って回折光１６は焦点位置に集束する。
また、第９図では物体光としての発散球面波と参照光１
９としての平面波の干渉により作成したホログラムを、
再生光１５としての焦点距離よりも遠い位置からの発散
光で再生すると、回折光１６は遠方に収束し、拡大走査
が可能になる。第１０図では物体光としての発散球面波
と参照光１９としての集束球面波の干渉により作成した
ホログラムを再生光［５としての発散光で再生し、これ
により広い走査角度にわたって収差を補正するようにし
ている（特開昭５４−１０４８４９ ）。
９としての平面波の干渉により作成したホログラムを、
再生光１５としての焦点距離よりも遠い位置からの発散
光で再生すると、回折光１６は遠方に収束し、拡大走査
が可能になる。第１０図では物体光としての発散球面波
と参照光１９としての集束球面波の干渉により作成した
ホログラムを再生光［５としての発散光で再生し、これ
により広い走査角度にわたって収差を補正するようにし
ている（特開昭５４−１０４８４９ ）。
第１１図では物体光としての発散球面波と参照光１９と
しての発散球面波の干渉により作成したホログラムを再
生光１５としての収束光で再生し、これにより収束作用
が小さく、焦点距離の長いホログラムを得るようにして
いる。
しての発散球面波の干渉により作成したホログラムを再
生光１５としての収束光で再生し、これにより収束作用
が小さく、焦点距離の長いホログラムを得るようにして
いる。
ところで、一般にホログラムスキャナにおけるホログラ
ムはレンズと偏向器との両方の機能を持つ。このうち、
レンズの機能は、ホログラムの干渉縞の空間周波数が勾
配を持つときに現れ、偏向の機能はホログラムの回転に
伴って再生点での干渉縞の方向が変わることによってな
される。レンズとしてのホログラムの焦点距離ｆは、近
似的に次式で与えられる。
ムはレンズと偏向器との両方の機能を持つ。このうち、
レンズの機能は、ホログラムの干渉縞の空間周波数が勾
配を持つときに現れ、偏向の機能はホログラムの回転に
伴って再生点での干渉縞の方向が変わることによってな
される。レンズとしてのホログラムの焦点距離ｆは、近
似的に次式で与えられる。
１ ／ ｆ ＝ ｎ Ｘλ２／λ、ｘ’ （１／Ｚｏ−
１／ＺＲ）（１） ここに、λｌ ：記録光源波長 λ２ ：再生光源波長 ｎ：回折次数 ｚｏ：物体光光源中心とホログラム面 間の距離 ＺＲ：参照光光源中心とホログラム面 間の距離 であり、Ｚｏ、ＺＲの符合は、発散光のとき正、収束光
のとき負とする。また、ホログラム面から再生光光源ま
での距離Ｚｃと回折像までの距離Ｚｊの関係は、物点と
像点との関係に相当し、近似的に次式が成り立つ。
１／ＺＲ）（１） ここに、λｌ ：記録光源波長 λ２ ：再生光源波長 ｎ：回折次数 ｚｏ：物体光光源中心とホログラム面 間の距離 ＺＲ：参照光光源中心とホログラム面 間の距離 であり、Ｚｏ、ＺＲの符合は、発散光のとき正、収束光
のとき負とする。また、ホログラム面から再生光光源ま
での距離Ｚｃと回折像までの距離Ｚｊの関係は、物点と
像点との関係に相当し、近似的に次式が成り立つ。
１ ／ Ｚ Ｊ ＝ １ ／ Ｚ ｃ ＋ １ ／ ｆ
（２）但し、Ｚｌ、ＺＣの符号は、ホロ
グラム面を基準とし、光の進行方向を正とする。したが
って、焦点距離ｆのホログラムを平行光で再生すると回
折光ｔ６は焦点位置に収束し、発散または収束光で再生
すると、再生光光源中心Ｃを物点とみなすときの像点位
置に収束する。
（２）但し、Ｚｌ、ＺＣの符号は、ホロ
グラム面を基準とし、光の進行方向を正とする。したが
って、焦点距離ｆのホログラムを平行光で再生すると回
折光ｔ６は焦点位置に収束し、発散または収束光で再生
すると、再生光光源中心Ｃを物点とみなすときの像点位
置に収束する。
［発明が解決しようとする課題］
従来のホログラムの記録再生方法は以上のようであるの
で、第８図のように発散球面波と平面波の干渉により作
成したホログラムを平行光で再生する場合には、回折光
は焦点位置に収束するが、ホログラムの回転に伴なう回
折光の走査長としてホログラムの移動量程度しか得られ
ない。また、第９図に示すものでは、走査角が太き（な
るにつれて結像距離の急激な変化をもたらし、像面での
スポット径を小さくすることができない。
で、第８図のように発散球面波と平面波の干渉により作
成したホログラムを平行光で再生する場合には、回折光
は焦点位置に収束するが、ホログラムの回転に伴なう回
折光の走査長としてホログラムの移動量程度しか得られ
ない。また、第９図に示すものでは、走査角が太き（な
るにつれて結像距離の急激な変化をもたらし、像面での
スポット径を小さくすることができない。
さらに、第１Ｏ図に示すように、参照光として平面波に
代えて収束球面波を用いるものでは、ホログラムが焦点
距離の短いレンズとして機能するため、ホログラムの軸
ずれに対する回折光の変動が太き（なるほか、収束光を
ホログラム面に照射させるには、大形のレンズや凹面鏡
が必要となり、ホログラム作成上好ましくない。
代えて収束球面波を用いるものでは、ホログラムが焦点
距離の短いレンズとして機能するため、ホログラムの軸
ずれに対する回折光の変動が太き（なるほか、収束光を
ホログラム面に照射させるには、大形のレンズや凹面鏡
が必要となり、ホログラム作成上好ましくない。
また、第１１図に示すものでは、特にＺｏ＝ＺＲとすれ
ば、収束作用のないホログラムとなり、再生光として像
面上に収束するような球面波を照射すると、その回折光
も像面上に結像する。このようなホログラムは特開昭６
０−１９４４１９に示されているが、ホログラム自体は
収差をほとんど持たないので、像面でのスポット径を小
さく絞ることが期待できるものの、遠方に収束するよう
な再生光が必要とされるため、再生光学系の設定が難し
いという問題があった。
ば、収束作用のないホログラムとなり、再生光として像
面上に収束するような球面波を照射すると、その回折光
も像面上に結像する。このようなホログラムは特開昭６
０−１９４４１９に示されているが、ホログラム自体は
収差をほとんど持たないので、像面でのスポット径を小
さく絞ることが期待できるものの、遠方に収束するよう
な再生光が必要とされるため、再生光学系の設定が難し
いという問題があった。
本発明はこのような従来の問題を解消するためになされ
たものであり、十分な偏向機能と収束機能とを有するホ
ログラムを簡単な光学系で作成し、これを平行光で再生
することができるホログラムの記録再生装置を提供する
ことを目的とする。
たものであり、十分な偏向機能と収束機能とを有するホ
ログラムを簡単な光学系で作成し、これを平行光で再生
することができるホログラムの記録再生装置を提供する
ことを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明の前記目的は、発散球面波の物体光を発生する物
体光光源と、発散球面波の参照光を発生する参照光光源
と、前記物体光と参照光との相互干渉により形成された
ホログラムに平行にコリメートされた再生光を照射する
再生光光源とを有しており、前記ホログラムからの回折
光を所定の位置に配置された像面上に結像させるべく、
前記物体光光源と参照光光源とは前記ホログラムまでの
距離が互いに異なる位置に夫々配置されていることを特
徴とするホログラムの記録再生装置によって達成される
。
体光光源と、発散球面波の参照光を発生する参照光光源
と、前記物体光と参照光との相互干渉により形成された
ホログラムに平行にコリメートされた再生光を照射する
再生光光源とを有しており、前記ホログラムからの回折
光を所定の位置に配置された像面上に結像させるべく、
前記物体光光源と参照光光源とは前記ホログラムまでの
距離が互いに異なる位置に夫々配置されていることを特
徴とするホログラムの記録再生装置によって達成される
。
［作用］
平行にコリメートされた再生光は、ホログラムに照射さ
れ、回折されて像面上に拡大されて結像する。物体光光
源と参照光光源のホログラムまでの各距離が互いに異な
るので再生光が平行光であってもホログラムからの回折
光は像面上に結像される。この場合、ホログラムから結
像面までの距離は（１）式で定まる距離にほぼ等しくす
る。
れ、回折されて像面上に拡大されて結像する。物体光光
源と参照光光源のホログラムまでの各距離が互いに異な
るので再生光が平行光であってもホログラムからの回折
光は像面上に結像される。この場合、ホログラムから結
像面までの距離は（１）式で定まる距離にほぼ等しくす
る。
［実施例コ
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明のホログラムの記録再生装置の一実施
例の概略図、第２図は第１図の装置の記録再生条件を示
す光路図である。両図中、第８図から第１１図に示した
ものと同一の構成部分には同一符合を付しである。即ち
、１２はホログラム面を有するホログラムディスク、１
３は像面であり、ホログラムディスク１２の回転軸１４
に平行または交差する方向の再生光１５がホログラム面
により回折され、回折光１６として像面１３上に結像す
る。１９は参照光、Ｈはホログラムの回転中心、Ｊは回
折光収束点、０は物体光光源中心、Ｒは参照光光源中心
、Ｃは再生光光源中心である。
例の概略図、第２図は第１図の装置の記録再生条件を示
す光路図である。両図中、第８図から第１１図に示した
ものと同一の構成部分には同一符合を付しである。即ち
、１２はホログラム面を有するホログラムディスク、１
３は像面であり、ホログラムディスク１２の回転軸１４
に平行または交差する方向の再生光１５がホログラム面
により回折され、回折光１６として像面１３上に結像す
る。１９は参照光、Ｈはホログラムの回転中心、Ｊは回
折光収束点、０は物体光光源中心、Ｒは参照光光源中心
、Ｃは再生光光源中心である。
また、ホログラムがＸＹ平面上にあり、ホログラムの回
転中心を原点、回転軸をＺ軸とするとき、物体光光源及
び参照光光源の２つの光源の各Ｚ座標が収束機能に関与
し、この２つの光源のＸ、 Ｙ座標が偏向特性に関与す
ることになる。これらのＺ座標は、再生光１５としての
平行光がホログラムで回折され所定の像面位置で収束す
るように、換言すれば、ホログラムの焦点距離がホログ
ラムと像面間の距離にほぼ等しくなるように互いに異な
った値に設定する。
転中心を原点、回転軸をＺ軸とするとき、物体光光源及
び参照光光源の２つの光源の各Ｚ座標が収束機能に関与
し、この２つの光源のＸ、 Ｙ座標が偏向特性に関与す
ることになる。これらのＺ座標は、再生光１５としての
平行光がホログラムで回折され所定の像面位置で収束す
るように、換言すれば、ホログラムの焦点距離がホログ
ラムと像面間の距離にほぼ等しくなるように互いに異な
った値に設定する。
更にホログラムの回転に応じて回折光が十分偏向するよ
うに、また回折光の像面上での走査軌跡がほぼ直線とな
るように、各光源の位置をＸ、 Ｙ座標も含めて数理計
画手法により決定する。例えば、要求される走査性能と
収束性能とを記録、再生光学系の配置を設計変数とする
関数で表し、走査性能を制約条件、収束性能を評価関数
とすれば、制約条件のもとて評価関数の最小値を与える
設計変数の値が最適となる。
うに、また回折光の像面上での走査軌跡がほぼ直線とな
るように、各光源の位置をＸ、 Ｙ座標も含めて数理計
画手法により決定する。例えば、要求される走査性能と
収束性能とを記録、再生光学系の配置を設計変数とする
関数で表し、走査性能を制約条件、収束性能を評価関数
とすれば、制約条件のもとて評価関数の最小値を与える
設計変数の値が最適となる。
次に上述のように構成された装置の動作について説明す
る。
る。
まず、ホログラムの回転角度が０のとき、偏向角も０と
するには、２光源の中心点、及び再生点ＰがいずれもＺ
軸を含むＹＺ平面上になければならない。そこで物体光
や参照光の記録光源座標としてはＹ、Ｚ座標のみを考え
れば良い。ホログラム記録光源は波長３６３．８ｎｍの
Ａｒ（アルゴン）レーザを使用し、再生光光源は波長７
８０ｎｍの半導体レーザを使用する。半導体レーザ１７
の光はコリメートレンズ１８によって平行光である再生
光１５とされ、ホログラム面１１に照射される。ホログ
ラムは物体光光源中心０１参照光光源中心Ｒから照射さ
れる２つの発散球面波の干渉によって、作成されたもの
であり、物体光光源中心Ｏと参照光光源中心Ｒとは、入
射角θｉｎで照射される再生光１５が像面１３上で結像
し、ホログラムディスク１２の回転に伴なって直線走査
をなす位置に配置される。
するには、２光源の中心点、及び再生点ＰがいずれもＺ
軸を含むＹＺ平面上になければならない。そこで物体光
や参照光の記録光源座標としてはＹ、Ｚ座標のみを考え
れば良い。ホログラム記録光源は波長３６３．８ｎｍの
Ａｒ（アルゴン）レーザを使用し、再生光光源は波長７
８０ｎｍの半導体レーザを使用する。半導体レーザ１７
の光はコリメートレンズ１８によって平行光である再生
光１５とされ、ホログラム面１１に照射される。ホログ
ラムは物体光光源中心０１参照光光源中心Ｒから照射さ
れる２つの発散球面波の干渉によって、作成されたもの
であり、物体光光源中心Ｏと参照光光源中心Ｒとは、入
射角θｉｎで照射される再生光１５が像面１３上で結像
し、ホログラムディスク１２の回転に伴なって直線走査
をなす位置に配置される。
第３図はホログラムディスク１２と像面１３との距離を
３００−として、再生光１５の入射角θｉｎに応じて物
体光光源位置０ （Ｙｏ、Ｚｏ）、参照光光源位置Ｒ（
ＹＲ，ＺＲ）の最適化を図った例を示す。
３００−として、再生光１５の入射角θｉｎに応じて物
体光光源位置０ （Ｙｏ、Ｚｏ）、参照光光源位置Ｒ（
ＹＲ，ＺＲ）の最適化を図った例を示す。
ここでホログラムの再生点Ｐとディスク中心Ｈとの距離
ｒは３５−とじ、ホログラム面１１はホログラムディス
ク１２上に例えば１２面投げである。ホログラムディス
ク１２の回転に伴って再生光がホログラム面１１の１面
を横切る毎に、回折光１６は像面１３上で約２６０Ｍ走
査される。
ｒは３５−とじ、ホログラム面１１はホログラムディス
ク１２上に例えば１２面投げである。ホログラムディス
ク１２の回転に伴って再生光がホログラム面１１の１面
を横切る毎に、回折光１６は像面１３上で約２６０Ｍ走
査される。
第４図は、各入射角θｉｎごとにホログラム面上の走査
位置に応じた像面上の走査軌跡図の直線性を示すグラフ
である。走査位置Ｏの点は走査中央点に対応している。
位置に応じた像面上の走査軌跡図の直線性を示すグラフ
である。走査位置Ｏの点は走査中央点に対応している。
このグラフによれば走査軌跡の直線性は±０．１−に収
まっている。
まっている。
第５図は、像面１３での走査位置に応じたＲＭＳ（実効
値）波面収差の変化を示す。これによればＲＭＳ波面収
差はλ／１４、即ち、ＳＤ値（シュトレール強度比）が
８０％以上となるＲＭＳ波面収差の許容量以内に収まっ
ており、走査幅全域にわたって波面収差の小さい回折ビ
ームが得ることが理解される。また、第６図は、走査中
央点における再生光１５の入射角θｉｎと回折光１６と
の光路長の関係を示したものである。第５図と第６図と
から、入射角を大きくするにつれて波面収差は増大する
が、光路長は短くなることがわかる。入射角は回折効率
にも関係し、高い回折効率を得るにはブラッグ角に近い
ことが望ましい。
値）波面収差の変化を示す。これによればＲＭＳ波面収
差はλ／１４、即ち、ＳＤ値（シュトレール強度比）が
８０％以上となるＲＭＳ波面収差の許容量以内に収まっ
ており、走査幅全域にわたって波面収差の小さい回折ビ
ームが得ることが理解される。また、第６図は、走査中
央点における再生光１５の入射角θｉｎと回折光１６と
の光路長の関係を示したものである。第５図と第６図と
から、入射角を大きくするにつれて波面収差は増大する
が、光路長は短くなることがわかる。入射角は回折効率
にも関係し、高い回折効率を得るにはブラッグ角に近い
ことが望ましい。
ブラッグ各θＢは、ホログラムの干渉縞ピッチをｄ１再
生光１５の波長をλ２として、θＢ ＝ｓｉｎ −’
（λ２／（２ｄ））となるので、入射角ごとに最適に形
成されたホログラムについて、その干渉縞ピッチからブ
ラッグ角 θＢを計算し、入射角θｉｎとブラッグ角θ
Ｂの関係を調べると、第７図のようになる。
生光１５の波長をλ２として、θＢ ＝ｓｉｎ −’
（λ２／（２ｄ））となるので、入射角ごとに最適に形
成されたホログラムについて、その干渉縞ピッチからブ
ラッグ角 θＢを計算し、入射角θｉｎとブラッグ角θ
Ｂの関係を調べると、第７図のようになる。
これによれば、θｉｎ；４ｓ°のとき入射角はブラッグ
角とほぼ一致することがわかる。
角とほぼ一致することがわかる。
以上のことから、入射角については、ＲＭＳ波面収差、
光路長、ブラッグ角条件を勘案して決定することが好ま
しい。
光路長、ブラッグ角条件を勘案して決定することが好ま
しい。
［発明の効果］
以上詳説したように、本発明のホログラムの記録再生装
置は、物体光と参照光を共に発散球面波とし、再生光は
平行光とし、これらの物体光及び参照光の各光源中心と
ホログラムの記録面との距離を互いに異らせるようにし
たので、単純な光学系により収束機能および偏向機能を
有するホログラムを記録形成できるとともに、再生光学
系の設定を簡便にできるという効果が得られる。
置は、物体光と参照光を共に発散球面波とし、再生光は
平行光とし、これらの物体光及び参照光の各光源中心と
ホログラムの記録面との距離を互いに異らせるようにし
たので、単純な光学系により収束機能および偏向機能を
有するホログラムを記録形成できるとともに、再生光学
系の設定を簡便にできるという効果が得られる。
第１図は本発明のホログラムの記録再生装置の一実施例
の構成を示す概略図、第２図は第１図の装置の記録再生
条件を示す光路図、第３図は物体光光源及び参照光光源
の位置の最適化を図った例を示す光源配置図、第４図は
回折光の走査軌跡を示す走査軌跡図、第５図は走査位置
に対応したＲＭＳ波面収差を示す波面収差特性図、第６
図は入射角と光路長との関係を示す光路長特性図、第７
図は入射角とブラッグ角の関係を示すブラッグ角特性図
、第８図〜第１１図は従来のホログラムの記録再生方法
を示す光路図である。 １１・・・・・・ホログラム面、１２・・・・・・ホロ
グラムディスク、１３・・・・・・像面、１５・・・・
・・再生光、１６・・・・・・回折光、１９・・・・・
・参照光。 □入射角θｉｎ（度） 第７図 第８図 第９図
の構成を示す概略図、第２図は第１図の装置の記録再生
条件を示す光路図、第３図は物体光光源及び参照光光源
の位置の最適化を図った例を示す光源配置図、第４図は
回折光の走査軌跡を示す走査軌跡図、第５図は走査位置
に対応したＲＭＳ波面収差を示す波面収差特性図、第６
図は入射角と光路長との関係を示す光路長特性図、第７
図は入射角とブラッグ角の関係を示すブラッグ角特性図
、第８図〜第１１図は従来のホログラムの記録再生方法
を示す光路図である。 １１・・・・・・ホログラム面、１２・・・・・・ホロ
グラムディスク、１３・・・・・・像面、１５・・・・
・・再生光、１６・・・・・・回折光、１９・・・・・
・参照光。 □入射角θｉｎ（度） 第７図 第８図 第９図
Claims (1)
- 発散球面波の物体光を発生する物体光光源と、発散球面
波の参照光を発生する参照光光源と、前記物体光と参照
光との相互干渉により形成されたホログラムに平行にコ
リメートされた再生光を照射する再生光光源とを有して
おり、前記ホログラムからの回折光を所定の位置に配置
された像面上に結像させるべく、前記物体光光源と参照
光光源とは前記ホログラムまでの距離が互いに異なる位
置に夫々配置されていることを特徴とするホログラムの
記録再生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1341469A JP2642207B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | ホログラムの記録再生方法 |
| US07/632,392 US5172252A (en) | 1989-12-27 | 1990-12-21 | Hologram scanner and method of recording and reproducing hologram in the hologram scanner |
| DE69033854T DE69033854T2 (de) | 1989-12-27 | 1990-12-24 | Holographische Abtasteinrichtung und Verfahren zum Aufzeichnen und Reproduziereneines Hologramms in dieser Abtasteinrichtung |
| EP90314293A EP0435662B1 (en) | 1989-12-27 | 1990-12-24 | Hologram scanner and method of recording and reproducing hologram in the hologram scanner |
| EP01201640A EP1130447A3 (en) | 1989-12-27 | 1990-12-24 | Hologram scanner and method of recording and reproducing hologram in the hologram scanner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1341469A JP2642207B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | ホログラムの記録再生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03198018A true JPH03198018A (ja) | 1991-08-29 |
| JP2642207B2 JP2642207B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=18346308
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Patent Citations (2)
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